摘要： 通信技术是物联网的根底，如果把物联网比作是物流零碎，那么通信技术就相当于 是送快递的各种运输形式，比方空运、水运还有陆运等。在通信技术当中，大体上它能够分为两大类，一类是无线通信技术，另一类是有线通信技术。
本文分享自华为云社区《物联网通信技术之有线通信技术那些你不晓得的事》，原文作者：爱吃面包的猫。
网络层的通信技术相当于是感知层和平台层连贯的媒介。通信技术是物联网的根底，如果把物联网比作是物流零碎，那么通信技术就相当于是送快递的各种运输形式，比方空运、水运还有陆运等。在通信技术当中，大体上它能够分为两大类，一类是无线通信技术，另一类是有线通信技术。首先，咱们先来看有线通信技术有哪几种类型，它们区别在哪里呢？
以太网
以太网（ETH）简略来说就是用户应用的网线网络。以太网是以后 TCP/IP 次要的局域网技术，也是当今现有局域网采纳的最通用的通信协议规范。在物联网畛域，以太网除了在办公场景当中有线接入当中会被应用到之外，次要是在工业上利用的比拟多，因为以太网的成本低，又是 IEEE 的通用规范，所以就改进成了工业以太网。
以太网的核心技术是采纳 CSMA/CD（载波监听多路拜访 / 冲突检测）通信管制机制。CSMA 协定要求站点在发送数据之前先监听信道。如果信道闲暇，站点就能够发送数据；如果信道忙，则站点不能发送数据。然而，如果两个站点都检测到信道是闲暇的，并且同时开始传送数据，那么这简直会立刻导致抵触。另外，站点在监听信道时，听到信道是闲暇的，但这并不意味着信道真的闲暇，因为其余站点的数据此时可能正在信道上传送，但因为流传时延，信号还没有达到正在监听的站点，从而引起对信道状态的错误判断。在晚期的 CSMA 传输方式中，因为信道流传时延的存在，即便通信单方的站点，都没有侦听到载波信号，在发送数据时仍可能会发生冲突。因为它们可能会在检测到介质闲暇时，同时发送数据，以致抵触产生。
只管 CSMA 能够发现抵触，但它并没有先知的冲突检测和阻止性能，以致抵触产生频繁。所以，能够对 CSMA 协定作进一步的改良，使发送站点在传输过程中仍持续侦听介质，以检测是否存在抵触。如果两个站点都在某一时间检测到信道是闲暇的，并且同时开始传送数据，则它们简直立即就会检测到有抵触产生。如果发生冲突，信道上能够检测到超过发送站点自身发送的载波信号幅度的电磁波，由此判断出抵触的存在。一旦检测到抵触，发送站点就立刻进行发送，并向总线上发一串阻塞信号，用以告诉总线上通信的对方站点，疾速地终止被毁坏的帧，能够节省时间和带宽要求站点在发送数据过程中进行冲突检测，而一旦检测到抵触立刻进行发送数据。这样的协定被称为带冲突检测的载波监听多路拜访协定。
RS-232 与 RS-485
学习过嵌入式开发的读者可能会比拟理解 RS232，图 4 - 1 即为 RS-232 的接口示意图，很多读者都会感觉对其似曾相识，这是因为在台式电脑的前面就有这样的接口。RS232 的特点就在于它次要是反对一对一的通信并且通信的间隔是比拟短的，只能是不超过 20 米。RS485 就相当于是 RS232 的一个改良版，到了 RS485，它就反对一对多的传输了，总线上最多容许 128 个收发器。同时传输速率和通信间隔也失去了极大地晋升。
RS-232 与 RS-485 的比照
表 4 - 1 即为 RS-232 与 RS-485 的区别，简略来讲，两者之间的区别在于三点：第一点在于传输方式不同，RS-232 采取不均衡传输方式，即所谓单端通信. 而 RS-485 则采纳均衡传输，即差分传输方式。第二点在于传输间隔不同，RS-232 适宜本地设施之间的通信，传输间隔个别不超过 20m。而 RS-485 的传输间隔为几十米到上千米。第三点在于通信数量不同，RS232 只容许一对一通信，而 RS-485 接口在总线上是容许连贯多达 128 个收发器。
通信串口总线
在串口通信当中，除了 RS232 和 RS485 之外。还有 USB，USB 又叫通用串行总线，是连贯计算机和其余外部设备的串口总线规范。在 USB 接口呈现之前，电脑的接口处于春秋战国时代，串口并口等多方割据，像键盘、鼠标、Modem、打印机、扫描仪等都要连贯到不同的接口上，一个接口只能连贯一个设施，不过电脑不可能反对那么多的接口，所以扩大能力有余，而且速度无限。USB 正是为了解决速度、扩大能力、易用性应景而生的。
正是因为它在生存当中十分常见，所以物联网这项与生存相接轨的技术也同样会宽泛应用 USB 来进行数据传输。其中须要着重留神的一点是，USB 依据接口又被分为不同的类型，其中比拟常见的就是图 4 - 2 中的四种，Type-A，Type-B，Micro- B 和 Type-C。
M-Bus 技术
M-Bus，也叫做 MeterBus。它是一种专门利用于近程抄表业务的总线，比如说在电表，水表，气表这表具当中的应用比拟多，这种技术在国内的抄表业务中并不常见，然而在欧洲却被宽泛应用。这种总线技术有什么样的特点就在于它能够在近程为设施供电，并且不须要布设电源线，所以说如果家里断电的话，对于这个仪表是不会有影响的。
电力载波 PLC 技术
PLC 又叫 PowerLineCommunication。这项技术的意思是以在平时应用的电线上附加数据的形式来进行数据的传输。那么它是怎么操作的呢，首先须要把载有信息的高频信号加载到电流上，而后通过电线的传输，再在另一端用适配器将高频信号从电流中分离出来，之后再传输到计算机上以此来实现通信。然而其实 PLC 这项技术是有毛病的，它只能被应用在电压不发生变化的近端场景当中。这是因为这项技术的原理是将高频信号加载在电线上，然而当电线上的电压发生变化的时候，电线上的高频信号就会隐没。所以，这项技术只能被利用于电压不会发生变化的近端场景当中。在抄表业务上，PLC 技术次要利用在抄表终端到治理终端这一块，因为数据再向上传输时，就会经验变电和输电的步骤，那么因为电压变动后数据就会隐没，所以无奈在下层持续应用 PLC 技术。数据会先加载到电线上上传到治理终端，治理终端再与基站相连接在通过交换机和服务器就能够把数据上传到数据库进行操作，这就是应用 PLC 电力抄表的次要流程。
表 4 - 2 即为上述几种有线通信技术的简要比照，在有线通信技术当中，这些技术基本上是用在工业上和公共事业会绝对多一点。因为在物联网畛域，设施相对来说，移动性是比拟强的，所以有线的通信形式利用的场景绝对会少一点，更多的还是会用无线通信的形式来进行数据的传输。
四大短距无线通信特点及利用场景
接下来咱们介绍 IoT 常见的无线通信技术，其中无线的技术又能够被细分成很多不同的局部，比方运营商应用的蜂窝网络，还有蓝牙等一系列短距通信技术。
BluetoothBluetooth，即蓝牙
这项技术在生活中十分常见，蓝牙在手机，电脑，平板等设施当中能够说曾经是一个必备的技术了。蓝牙技术最后由电信巨头爱立信公司于 1994 年创制，过后是作为 RS232 数据线的代替计划。蓝牙可连贯多个设施，克服了数据同步的难题。在物联网当中，比方说静止手环，智能电子秤当中都须要用到蓝牙技术。老版本的蓝牙技术，传输间隔绝对于其余的无线通信技术来讲是比拟近的，只有 10 厘米到 10 米的范畴。然而它的传输速率是比拟快的，最高能够达到 1Mbps。
然而当初蓝牙技术曾经倒退到了蓝牙 5.0 的版本，尽管它还是属于短距无线通信技术，但它的传输间隔曾经能够达到十分远了。蓝牙 5.0 反对最高 3Mbps 的传输速率以及最远 300 米的传输间隔。同时蓝牙技术在倒退到前期是又被分为了两种技术类型，一种是 BR/DER，另一种是 LE。其中，须要重点去关注的是 LE 类型，因为 LE 类型的蓝牙技术是非常适合在物联网当中应用的。可能读者们所熟知的蓝牙技术还是以点对点的形式进行通信的，然而 LE 类型的蓝牙技术能够反对点对点、播送和 Mesh 等多种形式的网络拓扑构造，这就非常适合物联网场景下多设施连贯进行数据传输了。
Wi-Fi
大多数人在家里或者办公等场景下实现日常上网必定都会应用到 Wi-Fi。所以 Wi-Fi 的利用是十分宽泛的。Wi-Fi 通常是用在 2.4G 和 5G 两个频段上，通过这两个不同的频段，它能够为不同的设施提供不同的服务。跟之前版本的蓝牙相比的话，Wi-Fi 的通信间隔绝对还是比拟远的，并且反对一对多的连贯。同时，它的传输速率同样也很快。然而，Wi-Fi 的毛病也非常显著，首先是它的安全性不好，稳定性十分差。比方说在看视频的时候，兴许会发现视频看到一半卡住了。还有就是当用户在打电脑游戏的时候，感触会非常明显，如果用 Wi-Fi 上网打游戏的话，提早的变动是十分大的，有的时候是二三十毫秒，有的时候就间接变成一两百毫秒了。所以 Wi-Fi 的稳定性是比拟差的，并且 Wi-Fi 的功耗绝对来讲是比拟高的。如同蓝牙一样，Wi-Fi 目前也倒退到了新一代的 Wi-Fi6 这个版本，它反对 9.6Gbps 的传输速率以及低至 20ms 的时延。
ZigBee
相较于 Wi-Fi 与蓝牙，ZigBee 和下文中要形容的 Z -Wave 读者们可能对它知之甚少。ZigBee 也是一种短距离低功耗的无线技术，图 4 - 5 即为 ZigBee 设施的工作模式示意图，与图 4 - 4 中的 Wi-Fi 设施工作示意图相比其实就能发现该技术的特点。Wi-Fi 设施在连贯时只能和 AP 或者主集中器相连接，然而 ZigBee 不一样，它的数据在设施与设施之间也是能够进行传递的。这代表的就是 ZigBee 这项技术易组网的特点，如果 Wi-Fi 设施的两头接入点坏掉的话，相当于整个网络就瘫痪了。然而 ZigBee 不一样，因为 ZigBee 的每台设施都能够充当中继，如果由其中一台设施坏了，其余的设施能够进行网络重组，找到另一个能够充当中继的设施就能够从新构建一个网络。ZigBee 技术的特点其实和它的名字是十分相近的，ZigBee 又称紫蜂协定，因为它来源于蜜蜂的八字舞，因为蜜蜂是靠翱翔和“嗡嗡”地抖动翅膀的“舞蹈”来与伙伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依附这样的形式形成了群体中的通信网络，这与 ZigBee 具备的灵便组网的特点就十分类似了。
除此之外，ZigBee 模组的老本很低，只有 2 美金左右，同时和 Wi-Fi 相比，它的速率就显得非常低了，只有 20 到 250kbps。同时它的毛病就在于兼容性差和不易保护。
Z-Wave
除了 ZigBee 之外，还有一项短距无线技术叫 Z -Wave。Z-Wave 其实跟 ZigBee 差不多，然而他们的区别就在于 Z -Wave 绝对来讲更加牢靠，然而它的协定规范不凋谢，同时 Z -Wave 的芯片只能通过 SigmaDesigns 这个公司来获取。Z-Wave 技术在最后设计时，就定位于智能家居无线管制畛域。采纳小数据格式传输，40kb/ s 的传输速率足以应答，晚期甚至应用 9.6kb/ s 的速率传输。与同类的其余无线技术相比，领有绝对较低的传输频率、绝对较远的传输间隔和肯定的价格优势。
短距无线技术比照
针对上述四种 IoT 短距无线技术做了个简略的比照，次要的区别在于蓝牙和 Wi-Fi 的传速速率比拟高，但老版本的蓝牙只能一对一连贯，Wi-Fi 能一对多，所以，蓝牙次要用在鼠标，耳机，手机这些设施上，而 Wi-Fi 次要是用在家庭或者其余室内进行高速上网。同时基于 ZigBee 和 Z -Wave 设施它们低速率和连贯节点多的特点，基本上不太可能利用在除了物联网之外的其余畛域，因为它们的传输速率是在是太低了。所以 ZigBee 和 Z -Wave 次要利用于家庭自动化、智能家居、智慧大厦等等畛域。
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